對玉米、小麥等重要的糧食作物來說，在其不同的生長階段有著不同的適宜溫度需求。升高1℃，就會(huì)意味著可能有全球一部分人群口糧的消失。

氣候變化之下，糧食危機(jī)已經(jīng)成為一個(gè)亟需面對的共同話題。然而，在復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系青年研究員王戎的視角下，農(nóng)作物畝產(chǎn)量的減少，則會(huì)進(jìn)一步威脅到氣候變化。一條必然卻又被忽視的路徑是：作物秸稈是清潔生物質(zhì)能源的重要來源，其生物量的多少受氣候變化影響；生物量的減少，最終又會(huì)阻礙我們利用作物捕獲和封存碳并以此限制全球變暖。

“負(fù)碳減排技術(shù)的反饋對未來氣候變化的長期趨勢存在顯著影響，由于受氣候變化的負(fù)面效應(yīng)，糧食產(chǎn)量和BECCS（注：生物能源碳捕獲和儲(chǔ)存技術(shù)，是國際上目前認(rèn)為潛力最大的負(fù)減排技術(shù)）減排潛力同時(shí)下降，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的2°C目標(biāo)，并威脅全球的糧食安全。”近日，王戎在接受澎湃新聞（www.kxwhcb.com）記者專訪時(shí)如是表示。

氣候變化與BECCS生物質(zhì)畝產(chǎn)量的反饋機(jī)制示意圖。

實(shí)際上，在應(yīng)對氣候變化、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等多重問題日益受到重視之下，碳捕集利用和封存(CCUS)技術(shù)已成為各界關(guān)注的焦點(diǎn)。理論上來說，CCUS可以將二氧化碳從工業(yè)過程、能源利用或大氣中分離出來，直接加以利用或注入地層以實(shí)現(xiàn)二氧化碳永久減排。眾多能源、化工企業(yè)已紛紛嘗試將該技術(shù)作為減碳的重要方式。

就在8月29日，中國石化宣布，我國最大的碳捕集利用與封存全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉痘亍鴥?nèi)首個(gè)百萬噸級CCUS項(xiàng)目——“齊魯石化-勝利油田百萬噸級CCUS項(xiàng)目”正式注氣運(yùn)行。這標(biāo)志著我國CCUS產(chǎn)業(yè)開始進(jìn)入技術(shù)示范中后段——成熟的商業(yè)化運(yùn)營。據(jù)中國石化方面介紹，該項(xiàng)目每年可減排二氧化碳100萬噸，相當(dāng)于植樹近900萬棵。

而王戎等人關(guān)注的BECCS則被視為負(fù)碳減排技術(shù)。“BECCS是指將生物質(zhì)燃燒或轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行捕集、封存，直接加以利用或注入地層以實(shí)現(xiàn)二氧化碳的永久減排。”其進(jìn)一步解釋，因?yàn)樵摷夹g(shù)中封存的碳是生物質(zhì)通過光合作用吸收的大氣中的二氧化碳，它在生產(chǎn)能源的同時(shí)，不僅不排放二氧化碳，反而實(shí)現(xiàn)了二氧化碳的負(fù)排放，最大減排量理論上可以達(dá)到太陽能、風(fēng)能的兩倍，可抵消一些未來工業(yè)環(huán)節(jié)中無法避免的部分碳排放。

理想的情況是，使用太陽能、風(fēng)能可暫緩氣候變暖，但BECCS技術(shù)可逆轉(zhuǎn)氣候變暖的趨勢。王戎及其合作者正在持續(xù)探索的關(guān)鍵問題則是：何時(shí)應(yīng)啟動(dòng)實(shí)施大規(guī)模低碳技術(shù)？啟動(dòng)的不同時(shí)間段將相應(yīng)產(chǎn)生怎樣不同影響？

王戎等人近期在頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》給出了他們的初步答案。美國哥倫比亞商學(xué)院氣候經(jīng)濟(jì)學(xué)家、《氣候沖擊》(climate Shock)一書的合著者赫爾諾特·瓦格納（Gernot Wagner）等人同期刊發(fā)了新聞與觀點(diǎn)文章。

瓦格納等人寫道：時(shí)間是一個(gè)關(guān)鍵因素，我們在大規(guī)模實(shí)施BECCS之前等待的時(shí)間越長，氣候?qū)ψ魑锂a(chǎn)量的影響就越負(fù)面，也就進(jìn)一步惡化氣候變化。“時(shí)序與非線性閾值效應(yīng)的相互作用并不局限在BECCS、作物產(chǎn)量和溫度之間的關(guān)系。事實(shí)上，這是一個(gè)更廣泛的現(xiàn)象，突顯了在應(yīng)對氣候臨界點(diǎn)時(shí)需要謹(jǐn)慎。”

如何將全球變暖限制在2°C以內(nèi)？

氣候變化是一項(xiàng)跨越國界的全球性挑戰(zhàn)。要解決這一問題，需要在各個(gè)層面進(jìn)行協(xié)調(diào)，需要國際合作，幫助各國向低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。

為應(yīng)對氣候變化，197個(gè)國家于2015年12月12日在巴黎召開的締約方會(huì)議第二十一屆會(huì)議上通過了《巴黎協(xié)定》。協(xié)定在2016年11月4日正式生效，是具有法律約束力的國際條約，旨在大幅減少全球溫室氣體排放，將本世紀(jì)全球氣溫升幅限制在2℃以內(nèi)，同時(shí)尋求將氣溫升幅進(jìn)一步限制在1.5℃以內(nèi)的措施。

然而，眼下嚴(yán)峻的是，2021年全球平均氣溫比1850-1900年的平均水平高出1.2°C。這意味著，如果想要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，需要在當(dāng)前的10年內(nèi)大幅減排。

在此目標(biāo)限定內(nèi)，許多相關(guān)研究將未來減排情景假設(shè)在本世紀(jì)下半葉，即在前期放緩減排步伐、甚至多排放一點(diǎn)，短期內(nèi)超過既定的溫度目標(biāo)，然后通過實(shí)施大規(guī)模負(fù)碳減排技術(shù)如生物質(zhì)能源結(jié)合碳捕獲與封存技術(shù)（BECCS）實(shí)現(xiàn)短時(shí)間氣候減排。

王戎等人提醒道：BECCS的大規(guī)模應(yīng)用面臨著生物物理、技術(shù)和社會(huì)等方面的挑戰(zhàn)。過度依賴BECCS可能會(huì)拖延其他脫碳技術(shù)，并在超出預(yù)期的情況下無法實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》目標(biāo)。

王戎為這項(xiàng)最新研究的通訊作者。此外，中國科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)教授張人禾、歐洲科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)教授陳建民以及復(fù)旦大學(xué)教授湯緒、王琳為重要共同作者，中科院大氣物理所、西班牙全球生態(tài)研究所、法國氣候變化中心、法國索邦大學(xué)、比利時(shí)安特衛(wèi)普大學(xué)、英國約克大學(xué)、奧地利國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所參與了合作研究。

王戎長期從事氣候變化減緩的模擬研究，在氣溶膠、碳循環(huán)、地球系統(tǒng)、氣候變化及低碳能源等領(lǐng)域開展研究。曾獲聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織頒發(fā)的全球科技創(chuàng)新“突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”、亞洲氣溶膠“杰出青年科學(xué)家獎(jiǎng)”、中國化學(xué)會(huì)環(huán)境化學(xué)青年獎(jiǎng)、上海市“青年科技35人”計(jì)劃提名獎(jiǎng)等。

王戎，青年研究員，2018年加入復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系。

他對澎湃新聞?dòng)浾弑硎荆瑧?yīng)對和減緩氣候變暖是當(dāng)前國際社會(huì)的重要議題，亟需全球統(tǒng)一一致的行動(dòng)。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）最新發(fā)布的第六次評估報(bào)告指出，如果要在本世紀(jì)末將全球變暖的溫升幅度控制在2°C以內(nèi)，負(fù)碳減排技術(shù)不可或缺。

實(shí)際上，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）、國際能源署（IEA）等國際機(jī)構(gòu)均認(rèn)為BECCS技術(shù)是必需的減排技術(shù)。王戎具體提到，IPCC《全球溫升1.5 ℃特別報(bào)告》對實(shí)現(xiàn)1.5 ℃溫控目標(biāo)給出了四種情景和途徑分析，這四種情景和途徑全部都應(yīng)用了BECCS技術(shù)。IEA《世界能源技術(shù)展望2020—CCUS特別報(bào)告》則預(yù)測，2030年后，BECCS技術(shù)開始大規(guī)模應(yīng)用；2050年和2070年，BECCS技術(shù)將分別抵消全球能源系統(tǒng)碳排放的7%和30%，約相當(dāng)于10億噸和27億噸的二氧化碳排放；到2070年，全球1/4的生物質(zhì)能利用將采用BECCS技術(shù)。

“生物能源碳捕獲和儲(chǔ)存技術(shù)（BECCS）被認(rèn)為是一種最具發(fā)展?jié)摿靶詢r(jià)比最高的負(fù)碳減排技術(shù)，在國際上得到了高度重視。”王戎表示，這是起團(tuán)隊(duì)研究BECCS的初衷。

氣候變化與BECCS減排潛力的反饋機(jī)制

目前具有共識的是，大幅減少化石燃料的二氧化碳排放將減緩氣候變化。但在大多數(shù)情景下，仍需要在全球范圍內(nèi)采用大規(guī)模負(fù)減碳技術(shù)將全球變暖限制在2°C以內(nèi)。

而生物質(zhì)能作為最具潛力的可再生能源，已成為僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源。其中，生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)是目前最成熟、發(fā)展規(guī)模最大的現(xiàn)代生物質(zhì)能利用技術(shù)。燃煤發(fā)電廠的改造是眼下的路徑之一。比如通過利用木質(zhì)纖維素能源作物或殘余物中的生物質(zhì)來替代化石燃料發(fā)電，這被認(rèn)為是綜合評估模型（IAMs）中一種具有成本效益的選擇。

生態(tài)環(huán)境部部長黃潤秋在9月15日的“中國這十年”系列主題新聞發(fā)布會(huì)上介紹，十年來，我國碳排放強(qiáng)度下降了34.4%，扭轉(zhuǎn)了二氧化碳排放快速增長的態(tài)勢，綠色日益成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的鮮明底色。

黃潤秋表示，十年來，我國穩(wěn)步推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，不斷優(yōu)化升級產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。煤炭消費(fèi)占一次能源消費(fèi)比重由68.5%下降到去年的56%，非化石能源消費(fèi)占比提高了6.9個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到了16.6%。可再生能源發(fā)電裝機(jī)增長了2.1倍，突破了10億千瓦，風(fēng)、光、水、生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量都是穩(wěn)居世界第一的。

《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》也顯示，“十三五”期間，我國可再生能源實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。截至 2020 年底，我國可再生能源發(fā)電裝機(jī)達(dá)到9.34億千瓦，占發(fā)電總裝機(jī)的42.5%，風(fēng)電、光伏發(fā)電、水電、生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)分別達(dá)到 2.8、2.5、3.4、0.3 億千瓦，連續(xù)多年穩(wěn)居世界第一。“十四五”期間，將穩(wěn)步推進(jìn)生物質(zhì)能多元化開發(fā)，包括穩(wěn)步發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電、積極發(fā)展生物質(zhì)能清潔供暖、加快發(fā)展生物天然氣、大力發(fā)展非糧生物質(zhì)液體燃料等。

然而，在發(fā)展生物質(zhì)能及BECCS的進(jìn)程中，何時(shí)大規(guī)模啟動(dòng)實(shí)施是需要回答的關(guān)鍵問題。

王戎表示，作為清潔生物質(zhì)能源的重要來源，獲取作物秸稈的重要性不言而喻，而伴隨著氣候變化，秸稈生物量的多少受氣候變化影響。而目前的綜合評估模型沒有考慮到的一點(diǎn)就是，如果推遲強(qiáng)有力的緩解氣候變化的行動(dòng)，未來的作物產(chǎn)量可能會(huì)由于氣候變暖的有害影響而下降，從而降低BECCS的緩解能力。

為綜合評估減排效用，王戎等人創(chuàng)造性地將能源、技術(shù)、氣候、農(nóng)業(yè)、貿(mào)易、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的相互作用納入綜合考慮范圍，首次將氣候變暖與BECCS減排潛力的反饋機(jī)制引入地球系統(tǒng)模型，使用全球觀測資料校準(zhǔn)了農(nóng)作物畝產(chǎn)量對生長季節(jié)平均氣溫、大氣CO2濃度、氮肥施肥強(qiáng)度和降水的響應(yīng)關(guān)系，建立全球的未來社會(huì)經(jīng)濟(jì)情景大數(shù)據(jù)集。

“負(fù)碳減排技術(shù)的反饋對未來氣候變化的長期趨勢存在顯著影響，由于受氣候變化的負(fù)面效應(yīng)，糧食產(chǎn)量和BECCS減排潛力同時(shí)下降，可能導(dǎo)致到2200年都無法再實(shí)現(xiàn)巴黎協(xié)定的2°C目標(biāo)，并威脅全球的糧食安全。”

王戎表示，他們的研究表明，當(dāng)大規(guī)模BECCS的減排行動(dòng)的啟動(dòng)時(shí)間推遲到2060年時(shí)，在2200年是否考慮該反饋機(jī)制對全球增溫的效應(yīng)將達(dá)到0.8°C。當(dāng)全球變暖超過一定的臨界點(diǎn)，大規(guī)模的負(fù)碳減排技術(shù)的氣候行動(dòng)很可能無法在2200年達(dá)到巴黎協(xié)定的溫控目標(biāo)，并引發(fā)全球社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的變革性變化。

其對澎湃新聞?dòng)浾哌M(jìn)一步解釋，例如，當(dāng)BECCS從2040年推遲到2060年開始實(shí)施，可用于負(fù)碳生物質(zhì)技術(shù)的農(nóng)業(yè)秸稈和能源作物的畝產(chǎn)量受氣候變化影響下降，導(dǎo)致在2200年的全球增溫從1.7°C增加到3.7°C。“因此，通過理解農(nóng)作物畝產(chǎn)量與氣候變化的正反饋機(jī)制，我們的研究主要是強(qiáng)調(diào)了早期減排技術(shù)（包括太陽能、風(fēng)能）的重要性。”

農(nóng)業(yè)反饋對全球增溫和糧食供應(yīng)量的影響。該圖表示的是在2040年、2050年和2060年開始啟動(dòng)減排時(shí)，2100年和2200年的全球變暖和人均每天卡路里的蒙特卡羅結(jié)果和不同敏感性試驗(yàn)的結(jié)果，其中橫線表示的是中間的預(yù)測值，虛線表示不考慮氣候?qū)r(nóng)作物畝產(chǎn)量影響的情景下全球變暖的差異。研究發(fā)現(xiàn)從2050年開始實(shí)施減排時(shí)，在考慮農(nóng)業(yè)-氣候反饋?zhàn)饔煤螅?200年可以實(shí)現(xiàn)2°C氣候目標(biāo)的幾率從47%下降到4%，表明認(rèn)識氣候與農(nóng)業(yè)的反饋增加了早期減排的緊迫性。

BECCS技術(shù)還處于發(fā)展階段，中國生物質(zhì)潛力如何？ 

值得注意的是，從全球范圍來看，BECCS技術(shù)尚處于發(fā)展階段，并未投入廣泛的使用。

不過，王戎介紹，根據(jù)國際能源署（IEA）的報(bào)告，碳捕獲收集的技術(shù)在各國已開始有試點(diǎn)項(xiàng)目：如英國德拉克斯發(fā)電站是全球首個(gè)從全部生物質(zhì)發(fā)電中進(jìn)行碳捕獲的項(xiàng)目。而其他國家在關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)也有所試點(diǎn)，如日本的Osaki CoolGen碳捕集示范項(xiàng)目，美國的NET Power 50兆瓦清潔電廠等。

目前國內(nèi)BECCS的部署也同樣處于發(fā)展階段。王戎表示，國內(nèi)已經(jīng)開始在地質(zhì)儲(chǔ)存潛力、捕獲技術(shù)成熟度方面進(jìn)行評估和試驗(yàn)。例如，在珠江口進(jìn)行二氧化碳儲(chǔ)存潛力的評估、中海油惠州煉油廠試點(diǎn)研究碳捕獲技術(shù)等，“這些關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)的試用是后續(xù)投入大規(guī)模實(shí)施的重要依托。”

王戎在此前的研究中發(fā)現(xiàn)，中國擁有豐富的生物質(zhì)潛力及充足的碳儲(chǔ)存空間，但生物質(zhì)來源、火電廠、碳儲(chǔ)存三者在空間分布上不匹配性顯著。

2021年5月，王戎及合作者在在國際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》（Nature Communications）發(fā)表了一項(xiàng)研究。該研究建立了中國首個(gè)生物質(zhì)可再生能源、火力電廠改造和碳儲(chǔ)存“三位一體”的高空間分辨能源系統(tǒng)。

研究團(tuán)隊(duì)綜合考慮BECCS全生命周期的溫室氣體排放，包括土地利用變化、肥料生產(chǎn)和施用、生物質(zhì)預(yù)處理及收獲、生物質(zhì)運(yùn)輸和電廠改造等過程，并考慮BECCS全生命周期的經(jīng)濟(jì)成本，包括生物質(zhì)獲取、火力電廠改造、生物質(zhì)運(yùn)輸、捕集碳的管道運(yùn)輸、碳捕獲和儲(chǔ)存、水消耗、肥料使用等成本，“實(shí)現(xiàn)了中國縣級生物質(zhì)可再生能源和碳儲(chǔ)存聯(lián)合的優(yōu)化模型。”

他們的研究結(jié)果表明，中國生物能源碳捕獲和儲(chǔ)存技術(shù)（BECCS）的年減排最大潛力為50億噸二氧化碳，總經(jīng)濟(jì)規(guī)模接近9140億美元。

BECCS在中國電力部門二氧化碳減排的貢獻(xiàn)。

王戎表示，總體來說，BECCS技術(shù)的實(shí)施，需要綜合考慮電廠位置、發(fā)電潛力、碳捕獲技術(shù)、地質(zhì)儲(chǔ)存條件、生物物理?xiàng)l件等因素，也要考慮運(yùn)輸、配置過程中的成本，充分評估其可行性與不確定性，發(fā)揮其最大的效用，成為碳減排的重要助力手段。

王戎最后總結(jié)稱，清潔能源和負(fù)碳技術(shù)的使用對于實(shí)現(xiàn)碳中和、減緩全球氣候變暖具有重要意義。對于國內(nèi)在該領(lǐng)域的推動(dòng)發(fā)展，王戎提出四項(xiàng)建議：

第一、加強(qiáng)我國BECCS理論與技術(shù)研究，充分發(fā)揮科技創(chuàng)新對實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的支撐作用；第二、建立我國BECCS綜合利用工程以及示范基地建設(shè)，突破生物質(zhì)來源及其發(fā)電、碳儲(chǔ)存等關(guān)鍵技術(shù)以及綜合配套，開展三者在空間分布上的最佳配置示范；第三、加強(qiáng)國際合作研究，重點(diǎn)關(guān)注能源、氣候、經(jīng)濟(jì)耦合系統(tǒng)中的氣候變化臨界點(diǎn)，科學(xué)評估各國制定的國家減排責(zé)任的有效性，為全球協(xié)同應(yīng)對氣候變?威脅提供科學(xué)依據(jù)；第四、基于第三世界國家生物質(zhì)能源現(xiàn)狀，加大BECCS的國際推廣應(yīng)用力度，推動(dòng)我國先進(jìn)BECCS理論與技術(shù)在第三世界國家中的廣泛使用。

瓦格納等人在他們的新聞與觀點(diǎn)文章的最后提醒：就像在氣候變化中獲得遙遠(yuǎn)的技術(shù)拯救的前景一樣，BECCS未來的預(yù)期效果不能降低現(xiàn)在減排的必要性。他們認(rèn)為，王戎等人提供了進(jìn)一步的證據(jù)，證明單純依賴技術(shù)突破是令人擔(dān)憂的。

“正如他們的分析令人信服地證明的那樣，等待拯救很可能加速全球變暖，因?yàn)橥涎涌赡軙?huì)限制我們現(xiàn)在可用的技術(shù)。”